Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì sao? Vật lý 11

Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì tụ điện nào có điện dung lớn hơn sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn. Đây là đáp án D trong câu trắc nghiệm Bài 6 — Tụ điện, SGK Vật lí 11. Cơ sở là công thức Q = C·U: khi Q cố định, U tỉ lệ nghịch với C.

Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì

Khi hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích (Q₁ = Q₂), tụ điện nào có điện dung lớn hơn sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn. Đáp án đúng là phương án D trong câu trắc nghiệm 6.3 trang 14 Sách bài tập Vật lí 11 — Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam.

Theo lý thuyết trong SGK Vật lí 11 — NXB Giáo dục Việt Nam: “Điện dung của tụ điện được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.” Công thức: C = Q/U, suy ra U = Q/C. Khi Q giữ nguyên, U và C là hai đại lượng tỉ lệ nghịch với nhau.

Vì vậy, tụ có điện dung C lớn hơn → hiệu điện thế U nhỏ hơn; ngược lại, tụ có điện dung C nhỏ hơn → hiệu điện thế U lớn hơn.

Công thức Q = C.U và mối quan hệ tỉ lệ nghịch giữa U với C

Mối quan hệ giữa điện tích (Q), điện dung (C) và hiệu điện thế (U) của một tụ điện được mô tả bằng công thức cơ bản Q = C·U. Đây là công thức xương sống để phân tích mọi bài toán về tụ điện trong chương trình Vật lí 11 thuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo.

• Q (Coulomb — C): Điện tích của tụ điện, là lượng điện tích tích trữ trên mỗi bản cực của tụ.
• C (Fara — F): Điện dung của tụ điện, đặc trưng cho khả năng tích điện. Điện dung chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của tụ (diện tích bản, khoảng cách, chất điện môi), không phụ thuộc vào Q và U.
• U (Volt — V): Hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện.
• Hệ quả với Q cố định: Từ Q = C·U, suy ra U = Q/C. Khi Q không đổi, U tỉ lệ nghịch với C — tức là C tăng thì U giảm theo đúng tỉ lệ.

Áp dụng cho hai tụ chứa cùng điện tích Q₁ = Q₂, ta có C₁·U₁ = C₂·U₂, hay C₁/C₂ = U₂/U₁. Biểu thức này cho phép so sánh trực tiếp điện dung và hiệu điện thế của hai tụ mà không cần tính giá trị tuyệt đối.

Ví dụ minh họa và bài tập áp dụng

Để thấy rõ mối quan hệ tỉ lệ nghịch giữa U và C khi điện tích không đổi, xét hai tụ điện có cùng điện tích Q = 6 μC nhưng điện dung khác nhau. Kết quả tính toán theo công thức U = Q/C được tóm tắt trong bảng dưới đây.

Bảng trên cho thấy khi điện dung C tăng từ 2 μF lên 6 μF (gấp 3 lần), hiệu điện thế U giảm tương ứng từ 3 V xuống 1 V (giảm 3 lần). Đây là minh chứng rõ ràng cho quan hệ tỉ lệ nghịch U ∝ 1/C khi Q giữ cố định.

Bài tập áp dụng: Hai tụ điện có điện dung lần lượt là C₁ = 4 μF và C₂ = 10 μF, được tích cùng một lượng điện tích Q = 20 μC. Áp dụng U = Q/C, ta có U₁ = 20/4 = 5 V và U₂ = 20/10 = 2 V. Tụ C₂ có điện dung lớn hơn nhưng hiệu điện thế nhỏ hơn — khẳng định lại đáp án D.

Câu hỏi thường gặp về hai tụ điện chứa cùng điện tích

Hai tụ điện cùng điện tích có cùng hiệu điện thế không?

Không, trừ khi hai tụ có điện dung bằng nhau. Nếu C₁ ≠ C₂ thì U₁ ≠ U₂.

Công thức liên hệ Q, C, U của tụ điện là gì?

Công thức là Q = C·U. Đơn vị: Q đo bằng Coulomb, C đo bằng Fara, U đo bằng Volt.

Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào gì?

Điện dung chỉ phụ thuộc cấu tạo tụ: diện tích bản, khoảng cách hai bản và chất điện môi. Không phụ thuộc Q hay U.

Tóm lại, với câu hỏi hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì, đáp án đúng là D — tụ nào có điện dung lớn hơn sẽ có hiệu điện thế nhỏ hơn. Nắm chắc công thức Q = C·U và quan hệ tỉ lệ nghịch U ∝ 1/C (khi Q cố định) là chìa khóa để xử lý mọi bài toán tụ điện dạng này trong chương trình Vật lí 11.